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研究方向

主要研究领域有:板壳的非线性力学、复合材料结构力学、结构动力学弹塑性动力学、包装力学、结构损伤检测、结构减振降噪理论及技术、结构检测加固、岩土力学与工程、阻尼材料与振动控制、新型材料动态本构关系、智能结构与微机电系统、压力容器理论与设计、传感器灵敏元件理论与设计、结构随机非线性振动理论与计算力学方法、结构的安全及可靠度研究、高性能混凝土与新型纤维混凝土、粘弹性材料本构分析、大跨度桥梁的理论与设计等。其中,在板壳结构分析与应用、包装力学、结构损伤检测理论与应用等领域形成了明显的特色和优势,凝聚了一批在国内外有影响的青年学者,特别是在板壳非线性微分方程求解、板壳的非线性理论与计算、板壳理论的工程应用等三个方面,优势突出。

一、板壳结构分析与应用

本方向主要研究内容、特色优势、已取得代表性科研成果、在研代表性项目和可能取得的突破:

板和壳是固体中最常见的物体形式,是具有优良特性的结构元件,因此板壳结构分析是现代力学中特别引人注目的一个分支,几乎与一切工程设计都有关系,尤其对航天、航空、航海、机械、石油、化工、建筑、水利、动力、仪表、交通等工程设计更具有指导意义。因此,该研究方向的特点就是该方向学术带头人刘人怀院士近40年在板壳结构领域进行了系统性创新研究并将成果应用到上述工程领域中。

本研究方向的主要从事以下几方面的研究:

1. 板壳非线性理论与工程应用

(1)自1910年von Karman开创板壳非线性理论研究以来,这一方向的研究成果已为世界在20世纪的发展做出了突出的贡献。但在前50年,因非线性数学缘故,发展缓慢,因此,寻求非线性微分方程解法成为关键。在解析法的精确解法方面,刘人怀教授提出了修正幂级数方法,成功求解了最高阶导数项带有小参数的非线性微分方程。在解析法的近似解法方面,刘人怀教授和叶开沅共同提出了修正迭代法,成功地求解了一系列板壳非线性微分方程,其成果获广东省自然科学一等奖

(2)结合工程实际,对波纹板壳、单层板壳、双金属旋转扁壳、夹层板壳、复合材料层合板壳和网格扁壳等6类板壳,进行了非线性弯曲、稳定和振动问题的研究,多数属国际先行探索。前三类板壳主要作为精密仪器仪表和传感器的心脏—弹性元件,研究了7种波纹膜片,7种跳跃膜片和U型波纹管,其设计公式已在我国主要厂、所使用,结束了国内产品依赖外国公式加经验设计的历史。系统地研究了复合材料层合板壳和夹层板壳的非线性问题,这两类板壳的研究为飞行器结构等设计提供了科学依据。其成果获国务院侨办科技进步一等奖。运用等效原则,建立了单、双层网格扁壳非线性理论,为大型公共建筑的屋盖结构、大型储油罐新型顶盖等设计提供了理论依据,并获2000年国家自然科学基金资助。利用该理论对广州新白云国际机埸主航站楼的大跨度钢结构进行了稳定性分析。成果《复合材料基本力学问题的理论研究》2005年获广东省科学技术一等奖

2. 板壳线性理论与工程应用

(1)提出了既简单实用又符合工程设计精度要求的厚板壳弯曲理论,成功地应用于我国高压换热器、高压容器和超高压容器以及桥梁等的设计实践。建立了国际上第一个厚管板理论,用于试制我国第一台大型换热分离氨组合设备的高压管板。提出厚圆柱壳理论,挽救了六台报废的我国试制的生产航空煤油的铂重整装置。提出厚球壳理论使我国大型尿素合成塔试制成功。提出厚圆柱壳径向开孔的应力分析公式,指导了我国最高压力容器高压聚乙烯反应器的试制。提出厚球壳和厚圆柱壳理论,成功地解决了我国最大直径加氢反应器的试制。提出厚锥壳理论,用于我国最高铁路桥墩的设计。

(2)提出了组合壳的设计公式和锥壳的临界载荷计算公式,成功地用于我国最大炼油厂大型减压塔的设计

(3)使用厚板理论对辽河油田大直经扩孔钻头进行力学分析,为提高石油产量作出贡献.

学科带头人刘人怀教授,现任中国工程院机械与运载工程学部院士;教育部力学教学指导委员会主任;中国振动工程学会理事长;中国复合材料学会副理事长;中国力学学会副理事长;《振动工程学报》主编;《管道设备与技术》副主编;《复合材料学报》副主编;中国仪器仪表学会常务理事兼仪表元件学会理事长;广东省科协副主席。刘人怀院士是我国板壳结构理论与应用研究开拓者之一。1965年刘人怀与同仁提出修正迭代法,对6类重要板壳非线性问题进行了系统理论研究,多数属国际先行探索;他提出的既简单实用又符合工程设计精度要求的厚板壳弯曲理论,解决了我国高压换热器、超高压容器、桥梁和油井等工程设计中的重大难题。获得广东省政府科学技术一等奖、广东省政府自然科学一等奖、两次获国务院侨办科技进步一等奖,国家教委科技进步二等奖,中国科学院科技成果二等奖,发表学术论文150余篇,出版著作6本。

王璠教授,博士生导师。1993年6月在兰州大学获理学博士学位,现任暨南大学理工学院副院长兼力学与土木工程系系主任.为中国力学学会第七届理事、广东省力学学会副理事长、广东省复合材料学会常务理事、广东省仪表学会常务理事,广东省压力容器学会常务理事,副秘书长。《振动工程学报》杂志编委。暨南大学2006“十佳授课教师”。2009年中国力学学会全国徐芝纶力学优秀教师奖。参加的“复合材料基本力学问题的理论研究”获广东科学技术一等奖,“复合材料结构的分析与计算”获国务院侨办科技进步一等奖,广东省自然科学三等奖,广东省高教厅技进步一等,“弹性连续体结构的优化设计”获甘肃省教委科技进步二等奖。

袁鸿教授,1963年生,博士,任应用力学研究所副所长、广东省高校“工程结构故障诊断”重点实验室副主任、中国复合材料学会理事、中国仪器仪表学会理事、广东省仪器仪表学会副理事长兼秘书长。发表学术论文80余篇,论文被SCI正面引用247次,其中被SCI他人正面引用165次。单篇最高SCI引用64次,单篇最高SCI他人引用45次。

二、包装力学

本方向主要研究内容、特色优势、已取得代表性科研成果、在研代表性项目和可能取得的突破:

包装工业作为国民经济的服务产业,已形成一个以包装材料和机械为主要构成,拥有现代化技术和装备,门类较齐全的现代工业体系。我国包装工业年产值已达3000亿元,在国民经济38个主要行业中列第14位。产品包装是现代商品生产、流通中的重要环节,包装力学主要研究包装材料、包装技术、包装工艺及过程、包装产品运输及贮存等环节中的相关力学科学和技术问题,为包装材料、技术、工艺、机械的开发和产品运输及贮存安全提供理论和技术支撑,从而推动包装工业的技术进步和现代化。近年来,以王志伟教授为首的学术梯队综合应用现代建模理论、数值分析、测试理论、有限元技术、损伤力学、弹塑性动力学理论等,开展了运输包装力学和包装材料力学的研究,创出了研究领域和特色,在国内形成了优势,在国际包装界产生了较大影响。

1、运输包装力学

产品在装卸搬运、运输、贮存等流通环节中的破损和功能失效现象十分严重,开展运输包装力学研究显得尤为重要。产品作为一个整体,它是由各部件和各种材料组成的,其运输和贮存中的力学环境十分复杂,作用强度也难以预测。所以产品破损和功能失效理论需要将材料的细微观损伤分析与部件的宏观失效分析相融合,将部件的局部分析与产品的整体分析相融合,将环境的随机性与产品的确定性相融合,同时将实验测试与理论分析相融合。这是力学学科面临的一个十分综合和复杂的课题,我们在国内首先开辟了这一领域的研究工作,在国际包装权威刊物(Packaging Technology and Science)上发表了系列研究成果。这方面的研究工作主要建立和发展了产品脆值理论、产品功能失效机理、非线性破损边界理论、跌落破损边界理论、产品失效评价方法、随机环境作用下非线性缓冲系统理论和产品防护技术等。同时,将上述理论成果应用于产品运输包装设计,开发了物流中产品防护工程软件系统,对家用电器类、药品类产品进行了科学合理的防护设计,取得了十分显著的经济和社会效益。

2、包装材料力学

包装材料工业是包装工业的最主要组成部分,是包装工业的产业基础,纸类、塑料类、金属类、玻璃类是最常用的包装材料。近年,代表现代包装发展方向的新型的纸、塑料类包装材料和制品大幅增长,纸包装和塑料包装在包装工业中所占的比重超过50%,形成了包装工业的两大支柱。在包装材料力学方面,我们的研究主要集中在新型纸制品和新型塑料薄膜材料两大领域。新型纸制品(包括瓦楞纸板、蜂窝纸板、复合纸板和各类纸板结构制品)属于夹层结构,我们充分发挥多年来在复合材料层合结构分析方面所形成的优势,开展了缓冲包装用夹层结构的性能分析研究,系统建立了复合材料夹层结构的非线性一般理论(包括几何大变形和材料非线性)和各种简化理论,为蜂窝纸板的设计和制造提供了理论指导。由于包装用夹层结构主要用于产品受冲击时的缓冲、吸能和耗能,我们的研究已经深入到蜂窝结构的冲击力学模型、蜂窝芯的冲击压缩数值模拟等,建立了缓冲材料和结构能量吸收和耗散机制及其表征方法。新型塑料薄膜材料主要用于食品和药品的包装,大多是复合薄膜,由各功能层复合而成,以达到薄膜的整体功能要求。我们建立了复合薄膜的功能结构模型,以预测薄膜的整体物理力学性能,应用有限元技术和其它数值分析方法开展了复合薄膜制造工艺力学的研究工作。

本研究方向近年来承担和完成了包括国家自然科学基金在内的国家和部省级科研项目8项、横向科研项目11项,科研经费达350万,发表学术论文70余篇,其中被三大检索收录20余篇。

本学科点的学术带头人王志伟教授是博士生导师(2000),国际包装组织IAPRI(International Association of Packaging Research Institute)代表,国际包装权威学术刊物《Packaging Technology and Science》唯一中国编委,中国包装联合会理事、科学技术委员会委员、包装教育委员会副主任,教育部包装工程教学指导分委员会副主任,中国振动工程学会包装动力学委员会副主任。

三、结构损伤检测理论与应用

本方向主要研究内容、特色优势、已取得代表性科研成果、在研代表性项目和可能取得的突破:

大型复杂结构在服役过程中的安全问题,已经引起人们的广泛关注。如果能实时的监测和预报结构的性能,及时发现和估计结构内部损伤的位置和程度,预测结构的性能变化和使用寿命,无疑对提高结构的运营效率,保障大型结构安全运行具有极其重大的意义和作用。

1、 基于振动的结构损伤检测理论与应用

利用结构的振动响应和系统动态特性参数进行结构损伤诊断技术是目前国内外研究的热点和难题。我们在完成多项省自然科学基金课题的基础上结合目前国内外对此问题的研究前沿,针对大型复杂结构在运行过程中的损伤诊断问题,把用有限测量数据进行两步诊断的思想与随机振动模态和谱分析技术相结合,借鉴上述两类方法的优缺点,正在发展一种新的更具实用价值的可用于大型复杂结构在运行过程中在线监测和损伤诊断的方法。对于大型复杂结构在运行过程中在线实时监测和损伤诊断的方法具有重要的理论和实际意义及广阔的应用前景。该项研究与1997年开始,主要研究者与香港理工大学合作曾参与香港青马大桥的损伤检测工作,并完成两项山西省自然科学基金项目研究。近4年来在这一方向上开展了持续的实验和理论研究工作。指导博士生2人、硕士生3人。完成论文20余篇。

2、 基于应力波技术的埋地管道裂纹检测技术

埋地管道目前在各大城市应用广泛。但是遍布地下的管道在复杂的地应力作用、地基沉降及地下腐蚀介质作用下可能出现管道的破裂,从而引发重大事故。因此对埋地管道进行周期性的损伤检测以保证安全生产和防止突发性的事故具有十分重要的意义。应力波技术是潜在的解决传统常规检测方法所面临的代价高、效益低这一难题的可行方法。本研究方向将基于应力波技术的损伤检测技术与神经网络损伤探测技术相结合,根据应力波散射理论及实验和有限元数值分析,建立裂纹的大小、部位与应力波散射信号之间的非线性映射关系。以此作为神经网络的训练样本发展基于自组织神经网络的管道损伤探测方法和程序。本研究方向对于发展一种针对城市埋地煤气管道特点的简便易行、能有效降低开挖造价的高效管道损伤检测方法无疑具有十分重大的经济和科学意义。主要研究人员在弹塑性动力学领域的研究居于国内先进水平,完成太原市科技启明星项目"地下埋地管道损伤检测方法研究"并取得一系列研究成果,在理论分析和有限元数值分析方面的研究居国内领先水平。并与英国研究者在管道裂纹检测的实验研究方面开展了合作。

本学科点的学术带头人马宏伟教授是国内弹塑性动力学方面的中青年专家,博士生导师,暨南大学特聘教授,霍英东基金获得者,曾获 “太原市科技启明星”、 “山西省青年五四奖章”、 “山西省青年学术带头人”称号。目前任教育部力学教学指导委员会秘书长、中国力学学会爆炸力学专业委员会冲击动力学专业组副组长,长期从事弹塑性动力学问题的研究,出版著作1本,发表学术论文90余篇,其中SCI、EI收录50多篇,已培养博士2名、硕士20余名,完成国家与省级研究项目8项。

本方向人员2000年以来发表论文150多篇,目前承担两项国家自然科学基金项目,两项省级自然科学基金项目、一项省优秀青年学科带头人资助项目和多项横向项目。该方向研究覆盖国务院侨办工程力学重点学科,工程力学博士点,工程力学硕士点,结构工程硕士点,并具有广东省“工程结构故障诊断重点实验室”和教育部重点实验室“重大工程灾害与控制”作为支持, 现有教授3人,副教授、高级工程师4人,有博士学位获得者5人;.拥有近500m2的实验场地,价值近300万元的实验设备。

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